Korrosjon Øivind Husø 1
Introduksjon Korrosjon er ødeleggelse av materiale ved kjemisk eller elektrokjemisk angrep. Direkte kjemisk angrep kan forekomme på alle materialer, mens elektrokjemisk angrep bare forekommer på metaller, fordi metallene har bevegelige elektroner. Plaster har elektronene bundet til atomer eller atomgrupper Den viktigste grunnen til at materialene korroderer, er at de i naturen forekommer som oksider og andre forbindelser, og strever for å gå tilbake til den naturlige stabile tilstanden 2
Galvanisk celle To løsninger er isolert fra hverandre med en membran. Løsningen på venstre side inneholder Fe 2+ ioner. Her er det senket ned et stykke rent jern. Løsningen på høyre side inneholder kobberioner. Her er det senket ned et stykke rent kobber. Når de to metallstykkene blir koblet sammen, foregår det en reduksjonsprosess av kobberet på bekostning av jern. Jernet Oksiderer (korroderer): Fe Fe 2+ + 2e - Elektronene som er frigjort passerer gjennom den eksterne kretsen og gjør at kobberionene reduseres og kobberet bygger på 3
Når oppstår det korrosjon? For at galvanisk korrosjon skal oppstå, kreves det altså to reaksjoner: en elektronangivende (oksidasjon) og en elektronopptaende (reduksjon). Tre faktorer er nødvendige for at galvanisk korrosjon skal skje, nemlig potensialforskjell mellom metallene, elektrisk ledningsevne til metallene og elektrolytisk ledningsevne til omgivelsene. 4
Reduksjon Elektronene fra de oksiderte metallatomene transporteres til katoden der de inngår i en reduksjonsprosess. Avhengig av væsken kan forskjellige reduksjonsprosesser oppstå. Reduksjon i oksygenholdig vann: O + 2H 2 O+4e - 4(OH - ) Metallioner i væsken kan bli redusert: M n+ + ne - M 5
Eksempel: Stålplate som ruster Ved anoden skjer denne reaksjonen: Fe Fe 2 + + 2e - Ved sjiktet, som blir katode, skjer disse reaksjonene: ½ O 2 + H 2 O + 2e - 2(OH) - Fe 2 + +2(OH) - Fe(OH) 2 Samlet reaksjon blir: Fe + ½ O 2 + H 2 O Fe(OH) 2 Fe(OH) 2 reagerer videre med oksygenet slik: Fe(OH) 2 + ½ O 2 + H2O Fe(OH) 3 Biproduktet av prosessen er altså Fe(OH) 3, bedre kjent som rust. 6
Potensialforskjell Metaller har forskjellig evne til å sende ut ioner i en løsning. Det gir opphav til potensialforskjeller mellom metallene. Denne potensialforskjellen angir hvilket metall som korroderer og korrosjonshastigheten. Tabell 18.1 er en del av den galvaniske spenningsrekka. Materialer som er gruppert sammen i tabellen, har liten tendens til galvanisk korrosjon dersom de blir satt i forbindelse med hverandre. Jo større avstanden mellom de aktuelle materialene er i tabellen, jo raskere skjer det galvaniske angrepet. Det materialet som står øverst i tabellen korroderer, det som står under beskyttes. 7
Korrosjonsbeskyttelse av aluminium Aluminium i kombinasjon med kobber er meget farlig, men mulig med riktig isolering Aluminium og stål i saltvenn er meget uheldig Spaltekorrosjon er et problem for aluminium Sink er mindre edelt enn aluminium og kan brukes som anode 8
Elektrisk ledningsevne Alle metalliske materialer har god elektrisk ledningsevne. Forholdet mellom materialenes eksponerte flater virker kraftig inn på den galvaniske korrosjonen. Dersom anoden har større overflate enn katoden, fordeles angrepet på større overflate med mindre dybdetæring som resultat. Har det korroderende metallet liten overflate, får vi rask gjennomtæring. 9
Elektrolytisk ledningsevne Strømtransport i en løsning skjer ved forflytning av positive og negative ioner. Konsentrasjonen av ioner og ionenes bevegelsesevne blir avgjørende for den elektrolytiske ledningsevnen. I destillert vann får vi ikke noe galvanisk angrep, men drikkevann har likevel tilstrekkelig høy elektrolytisk ledningsevne for galvanisk korrosjon. 10
Vanlig korrosjon Karbonstål blir kraftig angrepet av korrosjon dersom det kommer i kontakt med fuktig luft eller vann. Oksidsjiktet som dannes på overflaten er ikke tett Resultatet er en jevn tæring over hele metalloverflaten. Vekttapet blir derfor svært stort. Forløpet er elektrokjemisk og bygger på samme reaksjoner som den galvaniske korrosjonen. korrosjonshastigheten er avhengig av klimaet. 11
Punktkorrosjon (gropkorrosjon) Punktkorrosjon er av elektrokjemisk natur. Årsaken kan være ujevn kjemisk sammensetning eller fremmede partikler på overflaten Angrepene konsentreres til små flekker, som hele tiden avgir elektroner Punktkorrosjon er vanskelig å forutse og kan øke raskt Forekommer hyppig i rørledninger 12
Interkrystallinsk korrosjon Korrosjonstypen forekommer for det meste i austenittiske rustfrie stål (18-8 -stål). Ved oppvarming til 500-750 0 C, blir det skilt ut kromkarbider i korngrensene. Kornene blir fattigere på krom i området inntil korngrensene og galvaniske element dannes. Korrosjonen skjer i de kromfattige områdene langs korngrensene. Materialmengden som blir borte er liten, men skaden trenger dypt inn i materialet 13
Spaltekorrosjon Spaltekorrosjon er korrosjonsangrep på et metallisk materiale i en væskefylt spalte I det trange rommet blir væsken stillestående og det blir avsatt forurensninger. Det dannes også luftceller, slik at spaltemunningen får høyere oksygeninnhold enn spaltens indre. Dermed gir det indre av spalten fra seg elektroner, og resultatet blir rask tæring 14
Prinsipper for korrosjonsbeskyttelse Riktig materialvalg Det korrosive mediet kan endres Potensialet mellom metall og medium kan endres Metallet kan få et overflatebelegg Konstruksjonen kan endres 15
Maling som korrosjonsbeskyttelse Maling er en metode for korrosjonsbeskyttelse som vi ofte bruker. Maling danner en barriere som hindrer at luft og fuktighet kommer i kontakt med metallet. Dersom malingen skal virke som barriere, er det viktig at overflaten som skal males er ren og tørr. Kvaliteten på forarbeidet er altså en av flere avgjørende faktorer. 16
Korrosjonsbeskyttelse - konstruktiv utforming 17
Bruk av offeranode Anoden (sinken) tæres, katoden (stålet) beskyttes 18
Kromatering, fosfatering, attisering Kromatering er elektrokjemisk omdanning av overflaten til et porøst sjikt som danner godt feste for lakk Fosfateing er det samme som kromatering Attisering er en mer miljøvennlig metode 19
Anodisering Elektrokjemisk prosess som gir tykkere oksidsjikt Etter prosessen er materialet porøst og kan innfarges Etter innfarging lukkes porene 20
Osmose i plast 21
22
Oppsummering Korrosjon av metaller er av elektrokjemisk natur Korrosjon kan forhindres med konstruktive metoder Alt vi mennesker lager korroderer, også plast 23